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嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程論文專業(yè):測控技術(shù)與儀器姓名:林 治 冰學(xué)號:0803020317 目錄1SD卡概述12系統(tǒng)設(shè)計方案12.1 S3C44B0X的特點(diǎn)12.2 W86L388D的特點(diǎn)12.3 硬件設(shè)計23驅(qū)動程序設(shè)計33.1 控制協(xié)議33.2 核心驅(qū)動程序44結(jié)束語4參考文獻(xiàn)4基于ARM7的SD卡控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要提出了一種基于ARM7處理器 S3C44B0X、以SD卡主控芯片W86L388D 為核心的設(shè)計方案，為低端嵌入式產(chǎn)品提供SD卡功能。設(shè)計出了硬件電路圖，并分析了SD卡的控制協(xié)議，給出了相應(yīng)的軟件設(shè)計方法，編寫出了底層的驅(qū)動程序。通過實(shí)際測試分析了該方案的性能。關(guān)鍵詞: 嵌入式系統(tǒng)；S3C44B0X；SD卡；W86L388D1 SD卡概述SD卡(Secure Digital Memory Card)是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，其最大的特點(diǎn)就是通過加密功能，保證數(shù)據(jù)資料的安全保密；SD卡擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。目前市場上基于ARM 的嵌入式產(chǎn)品多數(shù)不支持SD卡，尤其是基于ARM7的低端嵌入式產(chǎn)品。鑒于SD卡的諸多優(yōu)點(diǎn)，以及ARM7的廣泛應(yīng)用，考慮通過增加額外的芯片作為擴(kuò)展模塊，為這類低端嵌入式產(chǎn)品提供SD卡功能。SD卡通信基于9芯的接口(Clock，Command，43 Dat，33 Power Lines)，其最大工作頻率25MHz，擁有高達(dá)10Mb/s的讀寫速率，SD卡系統(tǒng)支持SD和SPI模式的兩種通信協(xié)議。模式的選擇對主機(jī)是透明的，由SD卡自動檢測復(fù)位命令的模式，在此后的通信過程中始終使用此種通信方式。SD卡在結(jié)構(gòu)上使用一主多從的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并高度集成閃存，具備串行和隨機(jī)存取能力?？梢酝ㄟ^專用串行接口訪問，數(shù)據(jù)傳輸可靠，并允許幾個卡垛疊。接口完全符合最新的消費(fèi)者標(biāo)準(zhǔn)，叫做SD卡系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，由SD卡系統(tǒng)規(guī)范定義。2 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 S3C44B0X的特點(diǎn)S3C44B0X微處理器是Samsung公司為低成本、低功耗的應(yīng)用產(chǎn)品而設(shè)計的，可以使用在移動手持終端設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中。該芯片采用0125mCMOS工藝和SAMBA11總線結(jié)構(gòu)(SAMSUNGARM CPU嵌入式控制器總線結(jié)構(gòu))設(shè)計，核心邏輯部件建立ARM公司的ARM7TDMIRISC處理器上，最高運(yùn)行時鐘頻率達(dá)66MHz，并帶有8kB的指令和數(shù)據(jù)Cache，由于ARM7TDM中沒有集成存儲管理部件，特別適用于uClinux和uCos操作系統(tǒng).2.2 W86L388D的特點(diǎn)SD卡與ARM CPU的通信采用Winbond公司的芯片W86L388D，這塊芯片能夠使用1線或4線傳輸數(shù)據(jù)及指令，工作頻率最高達(dá)25MHz。W86L388D有如下特性:兼 容MMC spec1 Version 212和SD spec1 Version 110；支持兩種類型的主機(jī)微控制器間的接口訪問同步和異步模式；支持DMA和中斷傳輸方式；具有主機(jī)微控制器8/16位數(shù)據(jù)總線；內(nèi)置晶體驅(qū)動電路，支持外部時鐘或晶體時鐘；支持額外的5路可編程 GPIO；輸入時鐘寬度為3158M H z25M H z；313V工作電壓。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。圖1 W86L388D內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖在本設(shè)計中，通過幾根控制線和1根中斷請求線與一片橋接控制芯W(wǎng)86L388D相連，利用W86L388D控制芯片完成對SD卡命令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的傳輸。CPU通過給其相應(yīng)的寄存器中寫入控制命令來驅(qū)動讀/寫SD 卡，從SD卡中讀取的數(shù)據(jù)通過CPU相連的16位數(shù)據(jù)總線發(fā)送給CPU處理。SD卡與CPU 的通信是通過中斷方式來進(jìn)行應(yīng)答的，W86L388D的中斷控制器顯示SD卡的各種中斷請求，CPU只須讀取其狀態(tài)就能判斷對SD卡進(jìn)行如何處理。2.3 硬件設(shè)計圖2為W86L388D硬件電路圖。W86L388D提供了總線方式的接口，所以與處理器的電路設(shè)計相對比較簡單。從圖2可以看出，與處理器的接口可以是異步(TYPE1)或同步(TYPE2)模式。XTYP2引腳接地使得W86L388D工作在TYPE1模式，這樣所有的工作時序由S3C44B0X芯片提供。W86L388D與SD卡的連接也比較方便，芯片的SD1SD6引腳與SD卡的4根數(shù)據(jù)線、1根命令線和1根時鐘線相連。XINT接S3C44B0X的外部中斷ExINT4，XCSN接從S3C44B0X擴(kuò)展出來的片選管腳nCS_SD，XRDN/XRDWRN和XWRLN/XBELN分別接芯片的nOE和nE，來控制當(dāng)前的總線周期為讀周期或者寫周期。W86L388D還有5個GPIO引腳可供系統(tǒng)使用，在此電路中，GIO0連接SD卡的CD端，用于對卡是否插入的檢測；GIO1和GIO2分別外接一個發(fā)光二極管，用來指示SD卡的插入和讀寫；GIO3外接SD_ PWEN電路，SD_PWEN電路利用其中的一個場效應(yīng)管保護(hù)卡的熱插拔；GIO4外接SD卡的WP腳，用來允許對SD卡進(jìn)行讀寫。圖2W86L388D硬件電路圖 圖3 SD卡讀寫流程示意圖3 驅(qū)動程序設(shè)計3.1 控制協(xié)議SD卡有兩種總線協(xié)議:SD協(xié)議和SPI協(xié)議?，F(xiàn)在絕大部分微控制器都集成 SPI接口,所以利用這種方式與SD卡通信相對簡單方便,但SPI協(xié)議在數(shù)據(jù)交換時只允許1位數(shù)據(jù)串行傳輸,所以其速度受到限制。在SD協(xié)議下,允許強(qiáng)大的1線到4線數(shù)據(jù)傳輸,這樣就提高了其傳輸速度。但SD總線時序要求嚴(yán)格,如果用軟件模擬不僅復(fù)雜煩瑣,而且可靠性也不高,W86L388D支持SD方式的4線數(shù)據(jù)傳輸，并且根據(jù)所收到的命令能自動產(chǎn)生相應(yīng)的SD時序,從而方便用戶的使用,提高了系統(tǒng)的性能。與SD卡通信的命令(CMD)和數(shù)據(jù)(DATA)由一個起始位開始,由一個結(jié)束位終止發(fā)給SD卡的命令采用6字節(jié)的格式,命令由主機(jī)通過CMD線串行發(fā)給SD卡,標(biāo)志SD卡的行為動作,部分命令要求卡返回一個應(yīng)答信號,應(yīng)答信號同樣是通過 CMD線由卡傳送給主機(jī)的。當(dāng)主機(jī)發(fā)送給卡的命令要求有數(shù)據(jù)交換時, DATA0 DATA3線將進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。每張SD卡內(nèi)部都有一組寄存器存儲此卡的相 關(guān)信息,在訪問SD卡的過程中,所有的操作都由主機(jī)發(fā)起,主機(jī)發(fā)起的命令(CMD) 有兩種類型:廣播命令和點(diǎn)對點(diǎn)命令。廣播命令對系統(tǒng)中所有的卡都有效,只有被選定的卡才能接收點(diǎn)對點(diǎn)命令1。SD卡讀寫數(shù)據(jù)的流程見圖3。結(jié)合SD卡橋接芯片,下面給出對SD卡進(jìn)行讀/寫操作的步驟:讀操作:首先進(jìn)行W86L388D中斷允許設(shè)置；其次對選定的卡寫入CMD17命令,當(dāng)卡收到有效的命令后,將在數(shù)據(jù)線上把所操作塊的數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)；最后寫入CMD12命令停止數(shù)據(jù)的傳輸。寫操作:首先進(jìn)行W86L388D中斷允許設(shè)置；然后對選定的卡寫入 CM D 24 命令,主機(jī)在確認(rèn)卡收到正確的命令后,在數(shù)據(jù)線上把數(shù)據(jù)傳送給卡中的操作塊；最后寫入CMD12命令停止數(shù)據(jù)的傳輸。至此,通過橋接芯片W86L388D對SD卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮饕呀?jīng)順利完成。實(shí)際使用SD卡時,可以考慮在此基礎(chǔ)上移植文件系統(tǒng),這樣可以更加方便用戶的使用。3.2 核心驅(qū)動程序SD卡是可拔插的設(shè)備,在系統(tǒng)啟動的時候,卡片可能并不在系統(tǒng)當(dāng)中。因此,本文在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動程序的時候,將它分為總線檢測模塊和SD卡操作模塊?？偩€檢測模塊靜態(tài)的編譯進(jìn)內(nèi)核,在系統(tǒng)初始化時就注冊中斷服務(wù)程序。當(dāng)SD卡插入,中斷發(fā)生之后,就把SD卡操作模塊加載進(jìn)內(nèi)核?？偩€檢測模塊檢測到SD卡插入系統(tǒng)后,會調(diào)用SD卡操作模塊的模塊初始化函數(shù),從而完成驅(qū)動的注冊,下面是初始化的部分代碼:void Target_Init(void)/目標(biāo)板初始化函數(shù)Uart_Init(0,115200,0)；/對串口進(jìn)行初始化,以便顯示所有操作信息Port_Init( )；/端口進(jìn)行初始化Exep_S3cINT_Init( )；/中斷初始化Cache_Init ( )；/對緩存區(qū)進(jìn)行初始化SDINT_Init( )；/對 SD 卡進(jìn)行初始化StartInterrupt( )；/打開中斷4 結(jié)束語采用普通SPI模式操作SD卡雖然電路簡單,但速度相對較慢,而且驅(qū)動程序編寫非常復(fù)雜。本設(shè)計通過橋接芯